实验练习使用多用电表

实验十一练习使用多用电表一、电流表与电压表的改装1.改装方案2.校正(1)电压表的校正电路如图1所示，电流表的校正电路如图2所示.图1 图2(2)校正的过程是：先将滑动变阻器的滑动触头移到最左端，然后闭合开关，移动滑动触头，使改装后的电压表(电流表)示数从零逐渐增大到量程值，每移动一次记下改装的电压表(电流表)和标准电压表(标准电流表)的示数，并计算满刻度时的百分误差，然后加以校正.二、欧姆表原理(多用电表测电阻原理)1.构造：如图3所示，欧姆表由电流表G、电池、调零电阻R和红、黑表笔组成.图3欧姆表内部：电流表、电池、调零电阻串联.外部：接被测电阻R x.全电路电阻R总＝R g＋R＋r＋R x.2.工作原理：闭合电路欧姆定律，I＝ER g＋R＋r＋R x.3.刻度的标定：红、黑表笔短接(被测电阻R x＝0)时，调节调零电阻R，使I＝I g，电流表的指针达到满偏，这一过程叫欧姆调零.(1)当I＝I g时，R x＝0，在满偏电流I g处标为“0”.(图甲)(2)当I ＝0时，R x →∞，在I ＝0处标为“∞”.(图乙)(3)当I ＝I g 2时，R x ＝R g ＋R ＋r ，此电阻值等于欧姆表的内阻值，R x 叫中值电阻. 三、多用电表1.多用电表可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程.图42.外形如图4所示：上半部分为表盘，表盘上有电流、电压、电阻等多种量程的刻度；下半部分为选择开关，它的四周刻有各种测量项目和量程.3.多用电表面板上还有：欧姆表的欧姆调零旋钮(使电表指针指在右端零欧姆处)、指针定位螺丝(使电表指针指在左端的“0”位置)、表笔的正、负插孔(红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔).四、二极管的单向导电性1.晶体二极管是由半导体材料制成的，它有两个极，即正极和负极，它的符号如图5甲所示.图52.晶体二极管具有单向导电性(符号上的箭头表示允许电流通过的方向).当给二极管加正向电压时，它的电阻很小，电路导通，如图乙所示；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大，电路截止，如图丙所示.3.将多用电表的选择开关拨到欧姆挡，红、黑表笔接到二极管的两极上，当黑表笔接“正”极，红表笔接“负”极时，电阻示数较小，反之电阻示数很大，由此可判断出二极管的正、负极.1.实验器材多用电表、电学黑箱、直流电源、开关、导线若干、小灯泡、二极管、定值电阻(大、中、小)三个.2.实验步骤(1)观察：观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程.(2)机械调零：检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置.若不指零，则可用小螺丝刀进行机械调零.(3)将红、黑表笔分别插入“＋”、“－”插孔.(4)测量小灯泡的电压和电流.①按如图6甲所示的电路图连好电路，将多用电表选择开关置于直流电压挡，测小灯泡两端的电压.图6②按如图乙所示的电路图连好电路，将选择开关置于直流电流挡，测量通过小灯泡的电流.(5)测量定值电阻①根据被测电阻的估计阻值，选择合适的挡位，把两表笔短接，观察指针是否指在欧姆表的“0”刻度，若不指在欧姆表的“0”刻度，调节欧姆调零旋钮，使指针指在欧姆表的“0”刻度处；②将被测电阻接在两表笔之间，待指针稳定后读数；③读出指针在刻度盘上所指的数值，用读数乘以所选挡位的倍率，即得测量结果；④测量完毕，将选择开关置于交流电压最高挡或“OFF”挡.1.多用电表使用注意事项(1)表内电源正极接黑表笔，负极接红表笔，但是红表笔插入“＋”插孔，黑表笔插入“－”插孔，注意电流的实际方向应为“红入”、“黑出”.(2)区分“机械零点”与“欧姆零点”.机械零点是表盘刻度左侧的“0”位置，调整的是表盘下边中间的指针定位螺丝；欧姆零点是指刻度盘右侧的“0”位置，调整的是欧姆调零旋钮.(3)由于欧姆挡表盘难以估读，测量结果只需取两位有效数字，读数时注意乘以相应挡位的倍率.(4)使用多用电表时，手不能接触表笔的金属杆，特别是在测电阻时，更应注意不要用手接触表笔的金属杆.(5)测量电阻时待测电阻要与其他元件和电源断开，否则不但影响测量结果，甚至可能损坏电表.(6)测电阻时每换一挡必须重新欧姆调零.(7)使用完毕，选择开关要置于交流电压最高挡或“OFF”挡.长期不用，应把表内电池取出.2.多用电表对电路故障的检测(1)断路故障的检测方法①用直流电压挡：a.将电压表与电源并联，若电压表示数不为零，说明电源良好，若电压表示数为零，说明电源损坏.b.在电源完好时，再将电压表与外电路的各部分电路并联.若电压表示数等于电源电动势，则说明该部分电路中有断点.②用直流电流挡：将电流表串联在电路中，若电流表的示数为零，则说明与电流表串联的部分电路断路.③用欧姆挡检测将各元件与电源断开，然后接到红、黑表笔间，若有阻值(或有电流)说明元件完好，若电阻无穷大(或无电流)说明此元件断路.(2)短路故障的检测方法①将电压表与电源并联，若电压表示数为零，说明电源被短路；若电压表示数不为零，则外电路的部分电路不被短路或不完全被短路.②用电流表检测，若串联在电路中的电流表示数不为零，故障应是短路.命题点一教材原型实验例1(2017·全国卷Ⅲ·23)图7(a)为某同学组装完成的简易多用电表的电路图.图中E是电池；R1、R2、R3、R4和R5是固定电阻，R6是可变电阻；表头的满偏电流为250 μA，内阻为480 Ω.虚线方框内为换挡开关，A端和B端分别与两表笔相连.该多用电表有5个挡位，5个挡位为：直流电压1 V挡和5 V挡，直流电流1 mA挡和 mA 挡，欧姆×100Ω挡.图7(1)图(a)中的A端与 (填“红”或“黑”)色表笔相连接.(2)关于R6的使用，下列说法正确的是 (填正确答案标号).A.在使用多用电表之前，调整R6使电表指针指在表盘左端电流“0”位置B.使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置C.使用电流挡时，调整R6使电表指针尽可能指在表盘右端电流最大位置(3)根据题给条件可得R1＋R2＝Ω，R4＝Ω.(4)某次测量时该多用电表指针位置如图(b)所示.若此时B端是与“1”相连的，则多用电表读数为；若此时B端是与“3”相连的，则读数为；若此时B端是与“5”相连的，则读数为 .(结果均保留3位有效数字)答案(1)黑(2)B (3)160 880 (4) mAkΩ V解析(1)当B端与“3”连接时，内部电源与外部电路形成闭合回路，电流从A端流出，故A端与黑色表笔相连接.(2)在使用多用电表之前，调整表头螺丝使电表指针指在表盘左端电流“0”位置，选项A错误；使用欧姆挡时，先将两表笔短接，调整R6使电表指针指在表盘右端电阻“0”位置，选项B正确；使用电流挡时，电阻R6不在闭合电路中，调节无效，选项C错误.(3)根据题给条件可知，当B端与“2”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联，此时为量程1 mA的电流挡，由并联电路两支路电流与电阻成反比知，R gR1＋R2＝错误!＝错误!，解得R1＋R2＝160 Ω.当B端与“4”连接时，表头与R1、R2组成的串联电路并联后再与R4串联，此时为量程1 V的电压挡，表头与R1、R2组成的串联电路并联后的总电阻为120 Ω，两端电压为 V，由串联电路中电压与电阻成正比知：R4两端电压为 V，则R4电阻为880 Ω.(4)若此时B端是与“1”连接的，多用电表作为直流电流表使用，量程为 mA，读数为 mA.若此时B端是与“3”连接的，多用电表作为欧姆表使用，读数为11×100Ω＝kΩ.若此时B端是与“5”连接的，多用电表作为直流电压表使用，量程为5 V，读数为 V.变式1 某同学想通过一个多用电表的欧姆挡直接测量某电压表(量程为10 V)的内阻(大约几十千欧)，该多用电表刻度盘上电阻刻度的中间值为30.图8(1)欧姆挡的选择开关拨至 (选填“×1k”或“×100”)挡，先将红、黑表笔短接调零后，选用图8中 (选填“A”或“B”)方式连接.(2)如图9甲所示，该同学读出欧姆表的读数为 Ω；如图乙所示，电压表的读数为 V ，欧姆表电池的电动势为 V.图9答案 (1)×1k A (2)4×104解析 (1)用多用电表测电阻时，应让指针指在中间刻度附近，因而应选“×1k”挡.多用电表测电阻时，需要用其内部电源，黑表笔接内部电源的正极，电压表的两接线柱中，“＋”接线柱应接高电势端，因而A 电路的连接方式正确.(2)题图甲中欧姆表的读数为40×1 kΩ＝40 kΩ.题图乙中电压表的读数为 V.由闭合电路的欧姆定律知欧姆表中电池的电动势E ＝U ＋Ir ＝U ＋U R r ＝ V ＋错误!×30×103V ＝ V.变式2二极管具有单向导电性，其正向电阻很小，反向电阻很大，现有一个二极管其正极记为A、负极记为B.某同学研究二极管正、反向电阻的相关实验操作过程如下：(1)先用多用电表的欧姆挡测量其电阻，其正向电阻约为10 Ω，反向电阻约为50 kΩ，则在测量二极管的正向电阻时，电表的红表笔应接 (填“A”或“B”)端.(2)该同学设计了如图10所示的电路用伏安法进一步测量该二极管正反向电压均为2 V时的电阻值，二极管接在1、2之间，电压表的内阻约为40 kΩ，选用多用电表的直流电流挡作为电流表接在3、4之间.该多用电表的直流电流有三个量程，量程和对应的内阻分别为：①50μA，内阻约为100 Ω；②50 mA，内阻约为50 Ω；③250 mA，内阻约为10 Ω.则在实验过程中，多用电表的红表笔应与接线柱 (填“3”或“4”)相连；测二极管的反向电阻时电流表的量程应选用 (填“①”“②”或“③”)，单刀双掷开关S2应拨向接点 (填“5”或“6”).图10答案(1)B(2)3 ①6解析(1)多用电表测电阻时红表笔接表内电池的负极，所以测二极管的正向电阻时应与二极管的负极相连即与B相连；(2)红表笔是多用电表作直流电流表使用时的正接线柱，故应与接线柱3相连；电压为2 V时，二极管反接时的电流约为40 μA，所以应选用量程①；根据电压表和电流表内阻应采用电流表内接法，所以单刀双掷开关S2应拨向接点6.变式3在“练习使用多用电表”的实验中：图11(1)某同学用多用电表测量电阻，电路如图11甲所示，若选择开关置于“×100”挡，按正确使用方法测量电阻R x的阻值，指针位于图乙所示位置，则R x＝Ω.(2)若该欧姆表使用一段时间后，电池电动势变小，内阻变大，但此表仍能调零，按正确使用方法再测上述R x，其测量结果与原结果相比将 (选填“变大”“变小”或“不变”).(3)某同学利用图甲中的器材设计了一只欧姆表，其电路如图丙所示.①关于该欧姆表，下列说法正确的是 .A.电阻刻度的零位在表盘的右端B.表盘上的电阻刻度是均匀的C.测量前，不需要红、黑表笔短接调零D.测量后，应将开关S 断开②某同学进行如下操作：当R x 未接入时，闭合开关S ，将红、黑表笔分开时，调节可变电阻，使电流表满偏.当R x 接入A 、B 表笔之间时，若电流表的指针指在表盘的正中央，则待测电阻R x 的阻值为 (已知电流表的内阻为R g ，电池的内阻为r ，可变电阻接入电路的阻值为R ).答案 (1)700 (2)变大 (3)①CD ②R ＋rR g R ＋r ＋R g解析 (1)欧姆表的示数乘以相应挡位的倍率，即待测电阻的阻值，图示读数为7×100 Ω＝ 700 Ω.(2)当电池电动势变小、内阻变大时，欧姆表需要重新调零，由于满偏电流I g 不变，由公式I g ＝E R 内可知，欧姆表内阻R 内应调小，待测电阻的测量值是通过电流表的示数体现出来的，由I ＝E R 内＋R x ＝I g R 内R 内＋R x ＝I g 1＋R x R 内可知，当R 内变小时，I 变小，指针跟原来的位置相比偏左了，欧姆表的示数变大了. (3)①由图丙可知，该欧姆表利用并联电路特点与闭合电路欧姆定律测电阻阻值，电阻刻度的零位置在表盘的左端，由闭合电路欧姆定律可知，表盘上的电阻刻度是不均匀的，测量前，不需要红、黑表笔短接调零，测量后，应将开关S 断开，故选项A 、B 错误，C 、D 正确.②当R x 未接入时，闭合开关S ，将红、黑表笔分开，调节可变电阻使电流表满偏，由闭合电路欧姆定律得：I g ＝E r ＋R g ＋R，当R x 接入A 、B 表笔之间时，若电流表的指针指在表盘的正中央，由闭合电路欧姆定律得12I g ＝E r ＋R ＋R g ·R x R g ＋R x ·R x R g ＋R x ，联立解得R x ＝R ＋rR g R ＋r ＋R g . 命题点二 实验拓展创新例2小明在实验室中发现一个外观上像电阻的未知元件D，设计了如图12甲所示电路进行实验探究，请按要求回答问题：图12(1)小明按图甲连接好电路，闭合开关S，将滑动变阻器滑片缓慢地从a端移到b端，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V不变，若D为电阻元件，则该过程中它的电阻值的变化情况可能是( )A.阻值一直为0B.阻值先不变，后阶段变小C.阻值恒定且远大于R2D.阻值先不变，后阶段变大(2)根据元件D铭牌上的部分信息，小明从网络获知该元件为稳压二极管，它有正负极之分，在电路中当D的正极接高电势时，其i－u图线如图乙中OC所示，当D的负极接高电势时，其i－u图线如图乙中OAB所示，其中AB段为D的稳压工作区，由此可判断图甲中D的黑色端是它的极(填“正”或“负”).(3)小明接着设计了用多用电表欧姆挡按图丙对该元件进行探究，图丙中虚线框端是其内部等效电路，已知电源电动势E＝9 V，电表满偏电流I g＝3 mA.实验时小明先进行欧姆调零，则调零后多用电表内部总电阻为Ω；调零后按图丙连接元件D进行测量，若D恰好处于稳压工作区，则此时测得元件D的阻值应为Ω.答案(1)B (2)负(3)3 000(或3×103) 6 000(或6×103)解析(1)因在滑片移动过程中，发现起始阶段电压表的示数逐渐增大，后续阶段电压表示数保持6 V 不变，则知元件阻值先不变，后阶段变小，故B正确.(2)结合第(1)问中所给条件，可知D元件黑色端为负极.(3)由R总＝EI g，解得R总＝3 000 Ω；D恰好处于稳压工作区时，其两端电压U＝6 V，而U＝ER DR总＋R D，解得R D＝6 000 Ω.变式4如图13所示为多量程多用电表的示意图.图13(1)当接通1或2时，为挡(填“电流”“电阻”或“电压”).1的量程比2的量程(填“大”或“小”).(2)测量某电阻时，用欧姆挡“×10”挡时，发现指针偏转角度过大，他应该换用欧姆挡挡(填“×1”或“×100”)换挡后，在测量前要先进行 .(3)该同学要测量多用电表直流“V”挡的内阻R V(约为20 kΩ).除此多用电表外，还有以下器材：直流电源一个(电动势E为3 V，内阻可忽略不计)、电阻一个(阻值R为10 kΩ)、开关一个、导线若干.要求：(ⅰ)在方框中画出实验电路图(多用电表用表示)；(ⅱ)写出R V的表达式(答案(1)电流大(2)×1欧姆调零(3)见解析解析(1)将电流计改装成电流表时要并联电阻分流，所以1、2是电流挡；并联电阻越小，分流越大，则改装的电流表量程越大，故1位置的量程较大.(2)因偏转角度过大，则电阻小，应选择“×1”挡，换挡后电路改变，要重新进行欧姆调零.(3)(ⅰ)实验电路图如图所示.(ⅱ)在设计的电路图中，多用电表与电阻串联，通过它们的电流相等，所以有UR V ＝E－UR，因此R V＝URE－U，其中U为多用电表直流“V”挡的读数，R为10 kΩ，E为电源的电动势.变式5二极管具有独特的单向导电性，当在二极管两极之间所加正向电压小于某值时，二极管的电阻很大(1×106Ω，甚至更大)，而当正向电压超过某值时，二极管的电阻随两端电压的升高而急剧减小.为了探究二极管的导电特性：(1)实验小组先用多用电表判断二极管的极性.步骤如下：A.将多用电表置于欧姆表“×100”挡，短接红、黑表笔，调整，使指针指向表盘右侧“0”位置；B.将二极管串接在两表笔之间，多用电表示数如图14中a所示；C.将二极管两极对调，多用电表示数如图中b所示，则此时与红表笔接触的是二极管的 (填“正”或“负”)极.图14(2)实验小组设计了如图15所示的实验电路，通过实验测得相关数据如下表.图16①由二极管的特性和表中数据可知，当电压表示数为～ V 时，图中开关S 一定接在位置 ； ②根据表中数据，在图16中作出二极管的伏安特性曲线(要求保留所描的点迹)，由图线可知，二极管是 (填“线性”或“非线性”)元件.(3)若此二极管为发光二极管，正常发光时通过的电流为 mA ，若用 V 的电源供电，则应该给二极管 (填“串”或“并”)联一个约 Ω的电阻.(结果保留三位有效数字) 答案 (1)A.欧姆调零旋钮 C.负 (2)①1 ②见解析图 非线性 (3)串 267解析 (1)A.欧姆表选挡后要进行欧姆调零，即短接两表笔，调整欧姆调零旋钮，使指针指在表盘右侧“0”位置；C.步骤B 中欧姆表示数很大，而步骤C 中示数很小，由题中所给条件知，当示数很小时红表笔所接为二极管负极.(2)①图中设计为伏安法测电阻的内接法和外接法可以互换的电路，当开关S 接位置1时为电流表内接法，接位置2时为电流表外接法.由表中数据可知，当电压表示数为～ V 时电流表示数为0，故电流表内接，开关S 接在位置1.②描点作图如图所示，由图线可知二极管是非线性元件.(3)发光二极管正常工作时两端电压为 V ，电源电动势高于 V ，应串联一个电阻，阻值R ＝E －UI＝错误! Ω≈267 Ω.。